67.Кризис кипения движущейся жидкости – механизм явления и интенсивность кипения
В трубах котлов ГРЭС, ТЭС, ТЭЦ и в тепловыделяющих элементах АЭС движется жидкость, обогреваемая снаружи продуктами сгорания или теплом, выделяющимся при ядерном распаде. В этом случае мы имеем теплообмен при кипении движущейся жидкости (теплообмен в парогенерирующих трубах).
Технически все
выглядит следующим образом: жидкость
насосом под давлением подается
принудительно и, двигаясь в трубе,
воспринимает тепло от внутренней
поверхности труб на начальном участке
только механизмом конвекции (участок
АА-ББ на рис. 3.6). Начиная с сечения Б-Б,
в котором температура обогреваемой
поверхности трубы становится выше
температуры кипения жидкости (
),
на ней образуются паровые пузырьки,
которые смываются потоком жидкости к
центру трубы (к ядру течения) и
захлопываются, так как жидкость в ядре
еще не нагрелась до температуры насыщения,
соответствующей статическому давлению
в этом сечении (участок ББ-ВВ на рис.3.6).
Участок трубы между сечениями АА-ВВ, на
котором температура потока возрастает
до
,
называется экономайзерной зоной.
От сечения ВВ до сечения ГГ происходит теплообмен при развитом пузырьковом кипении движущейся жидкости: паровые пузырьки, поступающие в поток, не захлопываются, а объединяются, создавая паровые пробки (паровые «снаряды») в ядре течения, так что имеет место теплообмен при эмульсионном режиме течения смеси жидкости и пара.
На участке ГГ-ДД происходит теплообмен при дисперсно-кольцевом течении, когда жидкость кипит в пристенном кольцевом слое, а в центральной части движется пар с взвешенными каплями жидкости.
Участку ДД-ЕЕ соответствует зона подсушивания влажного пара. В сечении Д-Д наступает кризис кипения второго рода, которому соответствует резкое ухудшение теплоотдачи из-за высыхания жидкой пленки на обогреваемой поверхности. На участке ЕЕ-ЖЖ тепло передается движущемуся пару.
При протекании процесса теплообмена в области высоких температур кризис кипения второго рода может привести к разрушению парового котла.
Коэффициент
теплоотдачи при движении двухфазной
среды в парогенерирующих трубах
складывается из двух частей: из
конвективной составляющей
и составляющей
,
связанной с процессом кипения.
,
(3.23)
где значения
и
рассчитываются для условий вынужденного
движения в трубе и кипения жидкости в
сосуде (в большом объеме) соответственно.
На нем обозначены:
и
- скорость парообразования и скорость
вынужденного движения потока
соответственно.
основании многочисленных экспериментальных данных рекомендуются следующие зависимости для описания теплоотдачи при кипении движущейся жидкости:
-
при
полагают, что выполняется равенство
; -
при
принимают, что
; -
при
расчеты теплообмена ведут по формул
(3.24)
68.Теплообмен при конденсации паров
Этот процесс повсеместно встречается в природе и технике. Так, например, пар, «отработавший» на турбине ТЭС, ТЭЦ, АЭС, конденсируется на наружной поверхности трубок, внутри которых течет охлаждающая вода. В нефтехимии пары углеводородов, образующихся при кипении нефти, направляются в конденсаторы и при этом получают бензины, керосины и другие нефтепродукты. В холодильных установках пары холодильных агентов, сжатые в компрессоре, направляются внутрь конденсатора, и там, отдавая тепло охладителю, конденсируются и т. д.
Различают капельную и пленочную конденсацию.
При капельной конденсации на холодной поверхности твердого тела процесс идет лишь в отдельных точках, в которых образуются капли жидкости-конденсата. Эти капли постепенно увеличиваются в размере и стекают вниз под действием силы тяжести. Так происходит в том случае, когда жидкость (конденсат) не смачивает поверхность, на которой она образуется. Такая несмачиваемость поверхности жидкостью может быть вызвана свойствами жидкости и материала тела, а также состоянием его поверхности: ее замасленностью, окисленностью и т. д.
Хорошо изучен процесс пленочной конденсации, когда конденсат образуется в каждой точке на холодной поверхности твердого тела.